超声微锻造调控激光定向能量沉积AlMgScZr合金的沉淀强化：微观组织、力学性能及原位增强机制

本文创新性地采用激光定向能量沉积（LDED）结合逐层超声微锻造处理（UMT）技术制备AlMgScZr合金，通过UMT诱导高密度位错作为Al3(Sc, Zr)二次析出相的异质形核位点，显著提升沉淀强化效果，最终获得屈服强度256 MPa、抗拉强度382 MPa、延伸率13.8%的优异性能。研究通过经典形核理论揭示UMT使析出相形核速率提升2倍以上，为高强度铝合金LDED原位增强提供了新策略。

　　

Highlight

本研究通过超声微锻造处理（UMT）与激光定向能量沉积（LDED）的协同作用，实现了AlMgScZr合金中纳米级Al₃(Sc,Zr)二次析出相的原位调控。UMT在沉积层中引入的高密度位错，在后续本征热处理（IHT）阶段成为析出相异质形核的"热点"，使析出相形核速率较常规LDED提升超2倍，最终获得强度与塑性均衡的力学性能。

Micro-scale primary Al₃(Sc, Zr) precipitates

背散射电子图像显示，UMT处理后的样品中初生Al₃(Sc,Zr)析出相分布更均匀，尺寸控制在200-500 nm范围。这种微米级析出相虽强化效果有限，但为后续二次析出提供了Sc/Zr元素储备库。

Mechanisms of the enhanced strength

理论计算表明：UMT通过三重机制提升强度——(1)位错强化（Δσ_dislocation≈18 MPa）；(2)晶界强化（Hall-Petch效应）；(3)最关键的是沉淀强化增量达Δσ_{precipitation}≈45 MPa，源自UMT诱导的纳米级Al₃(Sc,Zr)体积分数提升至1.2%。

Conclusion

UMT-LDED混合工艺的创新性体现在：

1. 1.

   促进沉积层再结晶，晶粒尺寸细化至28.5 μm；

2. 2.

   二次Al₃(Sc,Zr)析出相密度提升至常规工艺的2.3倍；

3. 3.

   硬度分布均匀性提高，截面硬度波动范围缩小40%。该技术为航空航天大型构件修复提供了新思路。